如何在印制電路板設(shè)計階段減少電磁干擾問題

電磁干擾的三要素是干擾源、干擾傳輸途徑、干擾接收器。EMC就圍繞這些問題進行研究。最基本的干擾抑制技術(shù)是屏蔽、濾波、接地。它們主要用來切斷干擾的傳輸途徑。廣義的電磁兼容控制技術(shù)包括抑制干擾源的發(fā)射和提高干擾接收器的敏感度，但已延伸到其他學科領(lǐng)域。

本規(guī)范重點在單板的EMC設(shè)計上，附帶一些必須的EMC知識及法則。在印制電路板設(shè)計階段對電磁兼容考慮將減少電路在樣機中發(fā)生電磁干擾。問題的種類包括公共阻抗耦合、串擾、高頻載流導線產(chǎn)生的輻射和通過由互連布線和印制線形成的回路拾取噪聲等。

在高速邏輯電路里，這類問題特別脆弱，原因很多：

1、電源與地線的阻抗隨頻率增加而增加，公共阻抗耦合的發(fā)生比較頻繁；

2、信號頻率較高，通過寄生電容耦合到步線較有效，串擾發(fā)生更容易；

3、信號回路尺寸與時鐘頻率及其諧波的波長相比擬，輻射更加顯著。

4、引起信號線路反射的阻抗不匹配問題。

……

1 總體概念及考慮

1、五一五規(guī)則，即時鐘頻率到5MHz或脈沖上升時間小于5ns，則PCB板須采用多層板。

2、不同電源平面不能重疊。

3、公共阻抗耦合問題。

模型：

VN1＝I2ZG為電源I2流經(jīng)地平面阻抗ZG而在1號電路感應的噪聲電壓。

由于地平面電流可能由多個源產(chǎn)生，感應噪聲可能高過模電的靈敏度或數(shù)電的抗擾度。

解決辦法：

①模擬與數(shù)字電路應有各自的回路，最后單點接地；

②電源線與回線越寬越好；

③縮短印制線長度；

④電源分配系統(tǒng)去耦。

4、減小環(huán)路面積及兩環(huán)路的交鏈面積。

5、一個重要思想是：PCB上的EMC主要取決于直流電源線的Z
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2 布局

下面是電路板布局準則：

1、晶振盡可能靠近處理器 2、模擬電路與數(shù)字電路占不同的區(qū)域 3、高頻放在PCB板的邊緣，并逐層排列 4、用地填充空著的區(qū)域

3 布線

1、電源線與回線盡可能靠近，最好的方法各走一面。

2、為模擬電路提供一條零伏回線，信號線與回程線小與5：1。

3、針對長平行走線的串擾，增加其間距或在走線之間加一根零伏線。

4、手工時鐘布線，遠離I/O電路，可考慮加專用信號回程線。

5、關(guān)鍵線路如復位線等接近地回線。

6、為使串擾減至最小，采用雙面＃字型布線。

7、高速線避免走直角。

8、強弱信號線分開。

4 屏蔽

1屏蔽 > 模型：

屏蔽效能SE(dB)＝反射損耗R(dB)＋吸收損耗A(dB)

高頻射頻屏蔽的關(guān)鍵是反射，吸收是低頻磁場屏蔽的關(guān)鍵機理。

2、工作頻率低于1MHz時，噪聲一般由電場或磁場引起，(磁場引起時干擾，一般在幾百赫茲以內(nèi))，1MHz以上，考慮電磁干擾。單板上的屏蔽實體包括變壓器、傳感器、放大器、DC/DC模塊等。更大的涉及單板間、子架、機架的屏蔽。

3、靜電屏蔽不要求屏蔽體是封閉的，只要求高電導率材料和接地兩點。電磁屏蔽不要求接地，但要求感應電流在上有通路，故必須閉合。磁屏蔽要求高磁導率的材料做封閉的屏蔽體，為了讓渦流產(chǎn)生的磁通和干擾產(chǎn)生的磁通相消達到吸收的目的，對材料有厚度的要求。高頻情況下，三者可以統(tǒng)一，即用高電導率材料(如銅)封閉并接地。

4、對低頻，高電導率的材料吸收衰減少，對磁場屏蔽效果不好，需采用高磁導率的材料(如鍍鋅鐵)。

5、磁場屏蔽還取決于厚度、幾何形狀、孔洞的最大線性尺寸。

6、磁耦合感應的噪聲電壓UN＝j(luò)wB.A.coso＝j(luò)wM.I1，(A為電路2閉合環(huán)路時面積；B為磁通密度；M為互感；I1為干擾電路的電流。降低噪聲電壓，有兩個途徑，對接收電路而言，B、A和COS0必須減??；對干擾源而言，M和I1必須減小。雙絞線是個很好例子。它大大減小電路的環(huán)路面積，并同時在絞合的另一根芯線上產(chǎn)生相反的電動勢。

7、防止電磁泄露的經(jīng)驗公式：縫隙尺寸 < λmin/20。好的電纜屏蔽層覆視率應為70％以上。

5 接地

1、300KHz以下一般單點接地，以上多點接地，混合接地頻率范圍50KHz～10MHz。另一種分法是：< 0.05λ單點接地；< 0.05λ多點接地。

2、好的接地方式：樹形接地